第4章合成纤维.

1第4章合成纤维4.1概述4.2通用合成纤维4.3高性能合成纤维4.4功能合成纤维24.1概述纤维是制造织物和绳线的原料。纤维的含义：凡能保持长度比本身直径大100倍的均匀条状或丝状的高分子材料均称纤维。它可分为天然纤维和化学纤维。化学纤维又可分为人造纤维和合成纤维。3天然纤维自然界存在的和生成的具有纺织价值的纤维，是纺织工业的重要材料来源。约占纺织纤维年总产量的50%按照来源不同，分为植物纤维、动物纤维和矿物纤维植物纤维：又称天然纤维素纤维，主要组成物质是纤维素；4主要品种：棉、大麻、黄麻、亚麻、蕉麻、剑麻、赫纳昆麻和椰壳纤维等动物纤维：又称蛋白纤维，其主要组成成分是蛋白质；主要品种：动物的肤毛发与绒毛、禽类的羽绒、蚕丝及其它蛋白纤维矿物纤维：石棉是最大宗的天然矿物纤维；作为纺织材料主要是温石棉和青石棉5化学纤维用天然的或人工合成的高分子材料为原料制成的纤维。人造纤维是用天然高分子材料为原料，经过化学处理和机械加工制成的如：“人造丝”、“人造棉”。合成纤维是以石油、煤、天然气为原料制成的，它发展很快。如：涤纶、锦纶、腈纶6合成纤维的发展诞生于20世纪30年代；是用石油、天然气、煤或农副产品为原料合成的聚合物经加工制成的。1931年，美国，合成出尼龙66，锦纶66；1938年，德国，合成出聚酰胺6；71939年，聚氯乙烯纤维，（氯纶）；1949年，聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维（涤纶）；1950年，聚丙烯腈纤维（腈纶）、聚乙烯醇纤维1958年，聚丙烯纤维（丙纶）、聚乙烯醇缩丁醛纤维（维纶）；81961年，聚对苯二甲酰对苯二胺纤维（芳纶）；1983年，聚苯并咪唑、聚苯硫醚纤维合成纤维已经广泛应用到国民经济的各个领域，对人们的生活起着举足轻重的作用。9合成纤维的分类合成纤维通用合成纤维高性能合成纤维功能合成纤维涤纶、聚酰胺、腈纶和丙纶，产量大，应用广强度大、模量大的纤维；它由刚性链聚合物和柔性链聚合物纺丝制造具有除力学和耐热性外的特殊性能，如光、电、化学、高弹性和生物降解性等的纤维，产量小，但附加值大10合成纤维的制备制备工艺成纤聚合物的制备纺丝工艺熔体纺丝溶液纺丝将聚合得到的聚合物熔体直接进行纺丝一步溶液纺丝：直接将聚合后得到的聚合物溶液作为纺丝液进行纺丝二步法溶液纺丝：将固体聚合物配制成纺丝液，再进行溶液纺丝电纺丝11熔体纺丝步骤：（P149，图4-3）（1）纺丝熔体的制备（2）熔体经喷丝板孔眼压出形成熔体细流（3）熔体细流被拉长变细并经冷却凝固（4）固态纤维上油和卷绕涤纶、聚酰胺、丙纶一般采用此法12溶液纺丝步骤：（P149，图4-3）（1）纺丝液的制备（2）纺丝液经过纺丝泵计量进入喷丝头的毛细孔压出形成原液细流（3）原液细流中的溶剂向凝固浴扩散，浴中的沉淀剂向细流扩散，聚合物在凝固浴中析出形成初生纤维；（4）纤维拉伸和热定型，上油和卷绕13电纺丝电纺丝是通过施加到聚合物熔体或溶液外部电场制备具有纳米尺寸的连续纤维P149，图4-3（c）14合成纤维的性能具有优良的物理、机械性能和化学性能如，强度高、密度小、弹性高、耐磨性好、吸水性低、保暖性好、耐酸碱性好、不会发霉或虫蛀等某些特种纤维还具有耐高温、耐辐射、高强力、高模量等特殊性能15合成纤维的应用超出了纺织工业的范围，逐渐深入到国防工业、航空航天、交通运输、医疗卫生、海洋水产、通讯联络等重要领域例如，民用上可纺制轻暖、耐穿的各种服装面料、装饰，可混纺；工业上可用作轮胎帘子布、运输带、传送带、渔网、绳索、工作服等；高性能特种合成纤维可用作降落伞、飞行服、飞机导弹、雷达的绝缘材料等。164.2通用合成纤维4.2.1聚酰胺纤维世界上最早投入工业化生产的合成纤维中国商品名“锦纶”，国际商品名“尼龙”、“耐纶”、“卡普隆”等聚酰胺纤维是脂肪族和半芳香聚酰胺经熔融纺丝制备的合成纤维；分子主链中含有酰胺键。17COHNHNCOH2OCOHNHOHOCNH分两类：一类由二元胺和二元酸缩聚制得；另一类由ω-氨基酸缩聚或由内酰胺开环聚合而得具有吸水性18聚酰胺纤维的性能它是合成纤维中性能优良、用途广泛的品种之一（1）耐磨性好、位于合成纤维之首，比棉花高10倍，比羊毛高20倍，适合于做绳索、袜子等（2）强度高、耐冲击性好。它是强度最高的合成纤维之一。比棉花高1~2倍，比羊毛高4~5倍，适合于做轮胎帘子布等19（3）弹性、耐疲劳性好。比棉花高7~8倍（4）密度小，除聚乙烯和聚丙烯纤维外，聚酰胺纤维是所有纤维中最轻的，相对密度1.04~1.14（5）吸湿性良好。锦纶具有良好的吸湿性，染色性好，可使用酸性染料、分散染料等。缺点：弹性模量小，使用过程中容易变形，耐热性及耐光性较差。20聚酰胺纤维的用途应用范围广泛在日用品方面，可以纯纺或混纺各种衣料和针织品，特别适用于制造单丝、复丝弹力丝袜，耐磨耐穿；工业上是轮胎帘子线、降落伞、绳索、渔网和工业滤布21（1）聚酰胺66相对分子质量控制在20000~30000，纺丝温度控制在280~290℃性能：P151，表4-1（2）聚酰胺6相对分子质量控制在14000~20000，纺丝温度控制在260~280℃性能：P152，表4-2cN/dtex（厘牛/分特）1tex＝10dtex，dtex是10000米纤维束的重量克数，d是旦，指9000米长的纤维束的克数。tex是特，tex指1000米长的纤维束的克数。因此1tex＝10dtex＝9d。N是牛顿22（3）PA6T和PA9T纤维分子结构式：6和9代表代表二元胺中的碳原子，T代表对苯二酸PA9T的性能（P152，表4-3）NH(CH)6NHCOCOCCN(CH2)9NOOHH23（4）氢化芳香聚酰胺纤维合成路线：纤维强度3.64×103MPa；伸长率10%NHCOnNHHCOn244.2.2聚酯纤维中国商品名“涤纶”，俗称“的确良”聚酯纤维是指含芳香族取代羧酸酯结构的纤维，它是由二元酸和二元醇经过缩聚而制得的聚酯树脂，经熔融纺丝和后处理制得的一种合成纤维。在合成纤维中发展最快，产量居于首位25品种较多，根据化合物的结构，已经工业化生产的有：聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚对苯二甲酸丙二醇酯（PTT）、聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）、聚萘酯（PEN）等纤维聚酯纤维的品种26聚酯纤维的性能（1）外观单纯涤纶纤维为乳白色，生产中添加染料制成各种有色纤维（2）密度随着聚酯纤维的结晶度和取向度的不同，密度不同。一般密度在1.38~1.40（3）弹性27弹性好，接近羊毛，而且耐皱性好，弹性模量比聚酰胺纤维高（4）强度强度大，在湿态下强度不变（5）湿性吸湿性低，回潮率小，易洗快干（6）耐热性耐热性较好，软化点230~240℃（7）耐光性高于锦纶，低于腈纶28（8）电性能干燥状态下，具有良好的电绝缘性。但是作为服装时，由于摩擦易产生静电，易吸灰尘，这是涤纶的缺点（9）化学性能在常温下，对酸碱稳定，温度升高，耐腐蚀性降低（10）抗菌性优良，作为织物通常不被蛀虫破坏29聚酯纤维的用途由于聚酯纤维弹性好、织物有易洗快干、保型性好、免熨等特点，所以是理想的纺织材料；可纯纺或混纺制作各种服装及针织品在工业上，可作为电绝缘材料、运输带、绳索、渔网、轮胎帘子线、人造血管等。30（1）涤纶（PET）制备：涤纶是对苯二甲酸乙二醇酯经过熔融纺丝制成的合成纤维，相对分子质量控制在15000~22000，纺丝温度控制在275~295℃成纤结构：P153，图4-8、4-9力学性能：P153，表4-431其他性能：涤纶又叫的确良，具有高强度、耐磨、耐腐蚀，易洗快干等优点，是很好的衣料纤维。但透气性、吸湿性、染色性差限制了涤纶在时装行业的应用；需要进行改性后引入亲水性基团。32（2）聚对苯二甲酸丙二醇酯纤维制备：PTT纤维是由对苯二甲酸和１，３－丙二醇的缩聚物经过熔体纺丝制成的纤维，具有反－旁－反－旁式构象结晶结构：OCCOOOCCCO33性能：PTT纤维性能优于涤纶，具有更优异的柔软性、弹性恢复性；优良的抗折皱性、尺寸稳定性、耐候性、易染色性和良好的屏蔽性能，并改进了抗水解稳定性。PTT纤维被认为是最具有发展前途的通用合成纤维新品种。34（3）聚对苯二甲酸丁二醇酯纤维制备：ＰBＴ纤维是由对苯二甲酸或对苯二甲酸二甲酯和1,4－丁二醇经过熔体纺丝制成的纤维性能：PBT纤维强度30.91~35.32cN/dtex，伸长率30~60%；具有极好的伸长弹性恢复率、柔软、易染色用途：PBT纤维特别适于制作游泳衣、连裤袜、训练服、体操服、健美服、网球服、舞蹈紧身衣、弹力牛仔服、滑雪裤、长筒袜、医疗绷带35（4）聚萘酯（PEN）纤维制备：PEN纤维是由2,6-萘二甲酸二甲酯与乙二醇的缩聚物聚萘二甲酸乙二醇酯经过熔体纺丝制成的纤维结构式：性能：PEN与PET相比，具有更高的模量、强度，抗拉伸性能好、尺寸稳定性好、热稳定性好、化学稳定性和抗水解性能优异COOCH2CH2OCOn364.2.3聚丙烯腈纤维中国商品名“腈纶”，有“人造羊毛”之称制备：腈纶是聚丙烯腈或含85%以上丙烯腈的共聚物制成的合成纤维。腈纶的制备采用湿纺工艺湿纺工艺是将聚丙烯腈或聚丙烯腈共聚物溶解在溶剂中（纺丝液），纺丝液经喷丝板后在含凝固剂的凝固浴中凝固形成纤维纺丝液的选择：选择内聚能大的溶剂或能与聚丙烯腈相互作用的溶剂配制常用的溶剂DMF、DMA、DMSO、EC、NaSCN、HNO3、ZnCl237聚丙烯腈纤维的性能性能优良，外观、手感都类似羊毛，因此有“人造羊毛”之称很多性能指标超过羊毛，如腈纶的强度比羊毛高1~2.5倍，密度小，保暖性及弹性好等耐光性、耐候性是天然纤维和化学纤维中最好的化学稳定性、对酸碱和氧化剂的稳定性也比较好缺点是耐磨性、抗疲劳性差38聚丙烯腈纤维的用途多为民用，可纯纺代替羊毛制备大衣呢华达呢、运动衫、针织衫、地毯、毛毯、人造毛皮、装饰织物等；可混纺制成内衣、衬衫、服装及雨衣布等在工业中主要制成帆布、过滤材料、保温材料、包装用布、医疗材料等另外可制成军用帐篷、防火服等394.2.4聚丙烯纤维中国商品名“丙纶”’制备：等规聚丙烯熔体纺丝制备，成纤聚丙烯的相对分子质量10万~30万，纺丝温度255~290℃原料来源丰富、生产工艺简单、产品价格低廉、发展较快；产量仅次于涤纶、锦纶、腈纶40聚丙烯纤维的性能（1）质轻合成纤维中最轻的，密度0.9~0.91（2）强度高湿强度和干强度基本相同（3）耐磨、耐腐蚀性好耐磨性、回弹性好，抗微生物，不霉、不蛀、耐化学性优于其他纤维（4）电绝缘性、保暖性优缺点：耐热性、耐老化性、吸湿性、染色性差41聚丙烯纤维的用途主要用途是制作地毯、装饰布、家具布工业中制作各种绳索、条带、渔网、吸油毡、包装材料和工业用布，如，滤布、袋布等；丙纶纤维可制成土工布，用于建筑、水利工程等；丙纶纤维无纺布可用于卫生制品、医用手术帽、床上用品等424.2.5聚乙烯醇甲醛纤维中国商品名“维纶”，日本命名为“维尼纶”制备：（1）乙酸乙烯溶液聚合得到聚乙酸乙烯，经醇解得到聚乙烯醇，再经过缩醛化后得到的纤维此法制备的聚乙烯醇是无规立构43CH2CHOCOCH3CH3OHCH2CHOHHCHOCH2CHCH2CHOOCH2（2）特戊酸乙烯聚合得到聚特戊酸乙烯，经皂化后得到聚乙烯醇CH2CHOCOCCH3CH3CH3CH2OCOCCH3CH3CH3CH()n此法得到的聚乙烯醇是间规立构的具有比上述方法更高的熔点和热稳定性44维纶的性能良好的强度、吸湿性、保暖性、耐磨蚀和耐日光性；主要缺点：耐热水性差，弹性不佳，染色性较差，高温下的力学性能低，在服饰方面远远不如涤纶、腈纶和锦纶应用广泛。45维纶的用途可混纺也可纯纺，用于制作外衣、汗衫、棉毛衫裤和运动衫，以及工作服可制作帆布、缆绳、